简支梁结构的光纤光栅振动传感器

提出了一种新型的基于简支梁结构的光纤布拉格光栅(FBG)振动传感器,将FBG斜向粘贴在矩形简支梁侧面上,在梁中间设置重物来传感竖直方向的振动信号.实验中使用偏心轮作为振动源,并在梁上粘贴电阻应变片进行对比实验.使用光电探测器(PD)和示波器同时检测传感器受竖直方向振动信号作用时FBG的反射光功率与电阻应变片的响应信号....     

光纤光栅应力传感器信号检测中双值问题的研究

介绍了采用匹配光纤布拉格光栅解调法(detector FBG)进行强度解调的基本原理，选择反射谱与传感光纤布拉格光栅(sensor FBG)反射谱部分重叠的解调光栅，通过探测解调光栅反射光强的变化进行解调。对这种光栅匹配解调法引起的反射光功率与应力为高斯函数而不是线性对应的问题——双值问题进行了研究，提出了一种新颖的多档光栅并联解调的解决方案，选择并联解调光栅的中心波长和带宽，从而实现所传感的应力与探测到的光功率之间的线性对应，并建立理论模型进行了模拟，从理论上进行了公式推导。最后以两档光栅并联解调为例，用实验证明了该方案切实可行，同时达到的传感范围为522με，测量精度为2．6με。     

啁啾光纤布拉格光栅电流传感器

为了测量通电螺线管中的电流,设计了一种基于 光纤布拉格光栅(FBG)啁啾效应的电流传感器。磁场 中的圆盘形软铁受到通电螺旋管线圈磁场力的作用,引起矩形悬臂梁变形,从而导致粘贴在 悬臂梁侧边的 FBG的反射光谱带宽发生变化,其大小与电流强度成平方关系。利用光谱分析仪(OSA) ,通过检测FBG反射谱带宽的变化量,可以得到被测电流强度的大小。当OSA的分辨率为0.02nm时, 测量范围达到了27.1~1000mA。实验结果表明 ,FBG反射光谱带宽的变化量对温度变化不敏感, 当温度从－15℃变化到45℃时,3dB带宽的 最大变化约为5pm。实验结果和理论分析一致,表明本文该方案切实可行。     

光纤布拉格光栅温度不敏感振动传感器

介绍了一种新型的基于光纤布拉格光栅的温度不敏感的振动传感器.将光纤光栅倾抖粘贴在直角三角形悬臂梁的侧面,沿垂直方向的振动将导致悬臂梁沿长度方向的曲率周期性变化.悬肴梁弯曲使光纤布拉格光栅带宽展宽,其反射带宽和反射光强随着自由端挠度的变化而改变.在振动测量过程中,以传统的电阻应变片的测量结果作为此光纤光栅振动传感器的参照对比,两者所测得的振动频率相差小于0.5%.此外,由于光纤布拉格光栅的反射带宽和反射光强不随温度改变,所以此振动传感器具有温度不敏感性.     

高灵敏度稳定光纤光栅温度传感器的研究

为了提高光纤Bragg光栅(FBG)的温度灵敏度,设计了一种双金属FBG温度增敏装置。增敏装置利用不同金属热胀系数的差异和巧妙的增敏结构,大幅度提高了FBG的温度灵敏度。从理论分析了增敏结构的增敏原理,并给出了波长温度响应关系式。使用此增敏装置制作了一种高灵敏度的FBG温度传感器。为了保证FBG长期固定的稳定性,在制作传感器时使用了低熔点玻璃焊接工艺。实验中,测得增敏FBG温度传感器的温度灵敏度系数达到345.9 pm/℃,是裸FBG的35倍,线性度为0.999 89。对增敏前和增敏后的FBG反射谱进行了对比,结果表明,增敏装置对FBG反射光的功率和反射谱的形状影响很小。对增敏FBG温度传感器的稳定性进行了测试,并用裸FBG作为参考,测试结果显示,增敏装置对FBG的稳定性没有造成影响。     

非均匀温度场下升余弦变迹FBG的光谱响应研究

基于模式耦合理论,采用基于光纤布拉格光栅(FBG)的二层圆光波导模型,通过转移矩阵法实现数值仿真得到升余弦变迹FBG在几种典型非均匀温度场下的反射谱。处于非均匀温度场下的FBG其纤芯、包层的有效折射率及光栅周期都会发生非均匀变化,因此其反射谱结构也会发生相应变化。仿真结果表明:非均匀温度场中升余弦变迹FBG反射谱与其温度梯度系数ΔTmax有很大关系,与均匀温度分布相比,其反射率明显下降,反射带宽明显展宽,反射峰出现分裂以至振荡;最大反射率随ΔTmax的增加呈非线性减小,其对应波长与温度梯度系数ΔTmax成正比,且不同的温度场对应不同的变化率,如线性温度场中其变化率约为0.004nm/℃,中心对称二次方分布温度场中变化率为0.006 5nm/℃。研究结果对于升余弦变迹FBG实现非均匀温度场的测量有重要意义。     

用光纤光栅的啁啾效应实现温度不敏感的位移传感

将均匀周期光纤布拉格光栅斜向粘贴于矩形悬臂梁的侧面,通过调节弹性梁自由端的位移,使其产生啁啾,利用光纤光栅的啁啾效应,实现了温度不敏感的位移传感。由于传感量为光纤光栅的带宽,有效地解决了温度交叉敏感问题,在位移传感实验中获得了很好的线性响应度。     

FBG弯曲传感在滑坡预警监测中的应用研究

针对传统滑坡预警监测技术中存在的自动化程度 较低、测量精度不高,不易对边坡实现大面积和长 期可靠在线监测等不足,研究了采用光纤光栅(FBG)弯曲传感技术用于边坡表面形变及深 部位移测量的 结构原理及具体应用方式。在分析采用简支梁和悬臂梁两种结构实现FBG弯曲调谐原理 的基础上,选择具有不同中心波长的FBG进行串接后,粘贴于弹性杆件PVC管上,实验验 证了利用简支梁和悬臂 梁两种FBG弯曲调谐结构实现边坡表面形变及深部位移进行原理性测量的可行性。实验结果 表明,粘贴在 PVC管上不同位置的FBG的波长变化量与该位置的形变量有着明显的线性对应关系;两种结构 最大形变位 置的FBG测量灵敏度分别为0.245 nm/mm和0.166nm/mm;采用在PVC管两侧对称180°的位置粘贴 FBG的方法,可在提高FBG检测灵敏度的同时,解决FBG温度及应变的交叉敏感问题,消除环 境温度变化对FBG弯曲传感测量结果的 影响。     

基于啁啾光纤布拉格光栅的流速传感器

设计了一种基于啁啾光纤布拉格光栅(CFBG)的新型 流速传感器,包括CFBG压强传 感机构和文丘里管。压强传感机构中,密闭铝箔管横截面两边的压力差导致矩形悬臂梁变 形,从而引起粘贴在悬臂梁侧边的CFBG的反射光谱带宽发生变化。通过 检测其带宽,得到被测流体的速度。实验表明,CFBG反射光谱带宽对温度不敏 感,流速传感器的动态测量范围为8~100mm/s,设计方案是切实可行 的。     

磁流体包覆薄包层光纤光栅磁场传感研究

利用磁流体替代光纤布喇格光栅(FBG)的部分二氧化硅包层,制作了一种磁流体封装薄包层FBG结构的磁场传感器,研究了传感器对磁场和温度的响应特性。结果表明,在5.0～20.0mT的磁场范围内,传感器的波长灵敏度和功率灵敏度分别为34.9pm/mT和-1.063dBm/mT,波长线性响应度达到了99.2%。封装工艺未改变FBG波长随温度线性变化的特性,但受磁流体磁光效应影响,其温度灵敏度减小到9.2pm/℃。该传感器可实现磁场测量中的温度补偿,方法简单、易于实现。     

Light intensity-referred and temperature-insensitive fiber Bragg grating dynamic pressure sensor

Temperature-insensitive fiber Bragg grating (FBG) dynamic pressure sensing based on reflection spectrum bandwidth modulation and differential optical power detection is proposed and experimentally demonstrated. A special double-hole cantilever beam is designed to induce linear strain-gradient distribution along the sensing FBG, resulting in FBG reflection spectrum symmetrical broadening and optical power increase.Based on the theory of optical waveguide and material mechanics, the causation of FBG spectrum broadening under the linear strain-gradient is analyzed, and the corresponding force-to-bandwidth broadening relation and force-to-optical power relation are formulized. FBG spectrum bandwidth and reflection optical power linearly change with applied pressure and both of them are insensitive to spatially uniform temperature variations.For a temperature range from -10℃ to 80℃, the measured pressure fluctuates less than 1.8% F.S.(120 kPa) without any temperature compensation. The system acquisition time is up to about 80 Hz for dynamic pressure measurement.     

DWDM系统中均匀光纤光栅的设计

分析了用于DWDM系统均匀光纤光栅反射特性与光栅、光刻条件的关系;给出了用于DWDM系统中的光纤光栅的设计原理、方法及确定光栅参数的流程.采用高斯光束和均匀相位模版,用二次曝光技术,有效消除了均匀光纤光栅的反射谱旁瓣,所设计和刻制的光栅完全满足DWDM系统的要求.     

Design and Realization of Uniform Fiber Bragg Grating Used in Dense Wavelength Division Multiplexing Systems

Relation of optical properties in a uniform fiber Bragg grating(FBG) with its grating parameters and the laser beam engraving conditions is analyzed.The principle and metod for designing the uniform FBTG used in dense wavelength divison multiplexing (DWDM) system is given,By adopting the double exposure technique,with a univform phase mask and Gaussian laser beam,the uniform FBG used in DWDM system is designed and engraved,whose bandwidth of the main relection band is about 0.4 nm and 0.7 nm at -5dB and-25dB respecively.     

双光纤-悬臂梁FBG加速度传感器研究

针对现有悬臂梁FBG加速度传感器光纤表面粘贴会造成FBG受力不均匀,并且无法在温度变化和振动等复杂的环境中工作的问题,提出一种双光纤-悬臂梁结构的FBG加速度传感器。理论分析了结构参数对传感器灵敏度和固有频率的影响,并采用ANSYS有限元分析软件进行了静应力和模态仿真分析,最后搭建了测试系统对传感器进行性能测试。结果表明,加速度传感器的固有频率为84.86Hz,在15~60Hz的低频段具有平坦的灵敏度响应,双光纤在增加传感器的灵敏度的同时有效消除了温度变化的影响,加速度灵敏度为156.70pm/g,线性度为99.38%,刚性梁有效增加了结构的稳定性,在工作频段内的横向串扰为-26.97dB。     

熔锥型宽带光纤耦合器的研究

为了探究非对称耦合器的特性, 利用具有折射率差异的两根光纤制作了宽带耦合器。采用数值计算模拟了不同折射率差光纤耦合器的光场分布以及输出光功率随拉伸长度的变化曲线, 并分析了两种宽带耦合器的带宽差异以及熔融度对功率转换比的影响; 采用光束传播法, 通过仿真模拟得到了理论带宽。结果表明, 耦合的功率转换比随两根光纤的不对称情况而变化, 功率转换比调节到耦合器分束比的大小时, 耦合器带宽最宽; 熔融度对宽带耦合器分束比有一定的调节作用; 3dB光纤耦合器在C+L波段波长响应平缓, 带宽范围达到150nm; 分束比3:7和1:9的耦合器带宽范围分别是210nm和330nm; 分束比1:99的耦合器带宽范围是420nm。此研究结果对制作非对称宽带耦合器提供了参考依据。     

A Novel Double-Arched-Beam-Based Fiber Bragg Grating Sensor for Displacement Measurement

A double-arched-beam-based fiber Bragg grating (FBG) sensor for displacement measurement is presented. Unlike most FBG sensors that measure the resonance wavelength shifts to detect the measurand, this kind of FBG sensor is proposed to measure the displacement based on the demodulation of the FBG's reflective spectra bandwidth. According to the strain distribution on the novel double-arched beam surface, the positive and negative strain will act on only one FBG, which is stuck on the beam surface. Thus, the positive and negative strain will make the spectra broaden as the displacement increases. What is more, the problem of cross-sensitivity in the FBG sensor is solved because temperature only affects the wavelength shift, but not the spectra bandwidth. Simulation and preliminary experimental results indicate the feasibility of the proposed idea and a fairly good linearity of the measurement characteristic.     

一种布拉格光纤光栅加速度传感器

本文介绍了一种基于布拉格光纤光栅 (FBG)的加速度传感器设计。为了克服等截面悬臂梁的局限性 ,该设计采用等强度悬臂梁的形式。结果表明 :该种光纤加速度传感器具有良好的稳定性和较高的分辨率 (0 .0 0 5g) ,适合海洋平台等大型工程结构的加速度测量。     

光纤F-P腔高灵敏加速度传感器理论模型研究

以提高光纤波长复用型加速度传感器的灵敏度为目标,分析光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating, FBG)加速度传感器的增敏思路,阐明FBG加速度传感器灵敏度的增敏瓶颈和固有制约因素,提出波长复用型光纤法布里-珀罗(Fabry-Pérot, F-P)加速度传感器物理模型,理论研究其加速度传感原理,推导加速度传感器谐振频率和灵敏度的解析表达式,深入分析系统的结构体刚度、干涉级次、腔长对加速度传感器灵敏度和谐振频率的影响因素,并对比分析在不同系统刚度下FBG和F-P加速度传感器的灵敏度响应特性。由于灵敏度与谐振频率相互制约,进一步引入品质因子对比分析FBG和F-P加速度传感器的综合性能。在谐振频率为205 Hz时,传感器灵敏度高达198 nm/G,比基于FBG的传感器灵敏度理论上高出约2个数量级,并提出F-P型加速度传感器波长复用方案。理论分析表明F-P型加速度传感器与FBG型相比具有独特的优势,为光纤型加速度传感器的增敏和波长复用提供了新思路,并奠定理论基础。     

Power penalties due to in-band and out-of-band dispersion in FBG cascades

We measure the in-band dispersion penalty in a cascade of five 50-GHz low-dispersion linear-phase fiber Bragg gratings (FBGs) and compare the results with conventional apodised FBGs. At the 0.5-dB power penalty level, the usable bandwidth of a single linear-phase FBG (40 GHz) is twice as wide as that of a conventional apodised FBG (19 GHz). The bandwidth-utilization factor of a single linear-dispersion grating is 89%, while for the five-grating cascade, it is 76%. To our knowledge, these are the highest values reported to date for cascaded optical devices. The corresponding factors for the conventional gratings are 53% and 31%. We also measure the additional penalty on a dropped channel caused by a cascade of five adjacent-channel gratings. The bandwidth narrowing due to the adjacent-channel FBGs is 6 GHz both for linear-phase and conventional FBGs, giving a usable bandwidth of 34 GHz (linear-phase) and 13 GHz (conventional).     

基于光纤环形镜的掺磷光纤拉曼激光器

报道了一种由宽带光纤环形镜(FLM)作为腔反射元件的法布里-珀罗腔掺磷光纤拉曼激光器(RFL),并与使用窄带光纤布拉格光栅(FBG)作为高反镜的腔结构进行了对比研究。研究结果表明,使用宽带FLM替代FBG仍可实现掺磷RFL的窄带激光输出,并且可有效避免拉曼激光从高反镜端的泄漏。在相同的输出镜反射率情况下,使用FLM作为高反镜比使用FBG作为高反镜具有更低的振荡阈值和更高的光-光转换效率。当抽运功率为9.45W时,拉曼激光(1.24μm)输出功率为4.31W,激光器斜效率和光-光转换效率分别为57.9%和45.6%。